JP4214083B2 - 堆積物の調査方法 - Google Patents

Description

本発明は、水流などで流出する堆積物の広がりを調査するための堆積物の調査方法に関する。

従来、河川での堆積物の追跡調査では、あらかじめ岩石に塗料などで印を付け、どこにあった岩石がどこまで流れたかを調査する方法が採用されている。このような調査を行うことで砂防堰堤の建設工事に必要な情報が得られるため、できる限り多くのデータが得られることが望まれている。

あるいはまた、流出予想箇所の土砂中にトレーサとして方解石粒子を混在させておき、自然もしくは人工的な流水による土砂流出が発生した後、離れた地点に拡散した方解石粒子の有無を検出することにより、流出土砂の流層堆積分布を求める方法が提案されている。方解石粒子を用いるのは、他の岩石、砂等との識別がし易いという理由があるからである（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の岩石に印を付ける追跡調査方法では、岩石につけた印が直接見える場合には迫跡調査ができるが、１個ずつ岩石を確認する作業が必要であり、印をつけた岩石が土砂に埋もれた場合や印が消えた場合には追跡調査ができない。

一方、上記の方解石粒子を用いる方法も、他の岩石、砂等との識別がし易いとはいっても、河川の広大な流域において方解石粒子の有無を調査するのは簡単であるとは言えない。

特開２００１−９９８３１号公報

本発明の課題は、調査の対象範囲が広大にわたる場合であっても調査を容易に行うことができる堆積物の調査方法を提供することにある。

本発明による堆積物の調査方法は、１ｋＨｚ〜９ｋＨｚの範囲の低周波数の発振回路と該発振回路の出力で励磁されて低周波磁界を発生するコイルと前記発振回路に電力を供給する電源からなる送信部と、該送信部の磁気信号を受信するコイルと受信した信号を解析する回路を含む移動自在の受信部とを使用し、前記送信部を調査対象となる河川の岩石あるいはコンクリート塊の内部あるいは表面に設置して調査対象となる河川敷などの地域に疑似堆積物として配置し、水流などで移動した前記送信部の位置を、前記受信部を移動させながら検出することにより前記擬似堆積物の動きを調査することを特徴とする。

本発明によればまた、調査対象となる河川敷などの地域に配置されて水流などで移動した場合の動きを調査するための対象となる擬似堆積物であって、１ｋＨｚ〜９ｋＨｚの範囲の低周波数の発振回路と該発振回路の出力で励磁されて低周波磁界を発生するコイルと前記発振回路に電力を供給する電源からなる送信部を、調査対象となる河川の岩石あるいはコンクリート塊の内部あるいは表面に設置して成り、しかも全体の比重を配置場所の周囲の岩石と合わせることで周囲の岩石と流出の程度を近似させるようにしたことを特徴とする疑似堆積物が提供される。

本発明によれば更に、１ｋＨｚ〜９ｋＨｚの範囲の低周波数の発振回路と該発振回路の出力で励磁されて低周波磁界を発生するコイルと前記発振回路に電力を供給する電源からなる送信部と、該送信部の磁気信号を受信するコイルと受信した信号を解析する回路を含む移動自在の受信部とを含み、前記送信部は、調査対象となる河川の岩石あるいはコンクリート塊の内部あるいは表面に設置されて調査対象となる河川敷などの地域に疑似堆積物として配置され、水流などで移動した前記送信部の位置を、前記受信部を移動させながら検出することにより前記擬似堆積物の動きを調査することを特徴とする堆積物の調査システムが提供される。

上記調査システムにおいては、前記疑似堆積物全体の比重を当該疑似堆積物の配置場所の周囲の岩石と合わせることで周囲の岩石と流出の程度を近似させることが好ましい。一方、上記調査方法においては、複数の前記送信部をそれぞれの発振周波数を個別に変えて同時に用いても良く、この場合、前記受信部において受信した磁気信号をＦＦＴ解析することで、前記複数の送信部を同時 に識別することができる。上記調査方法においては更に、前記受信部に少なくとも２個の受信コイルを用い、それぞれのコイル軸が異なる方向となるように組み合わせて使用するようにしても良い。

本発明の調査方法によれば、目視等の調査を必要とせずに、送信部の発生する磁界信号を調べることで、堆積物の位置、つまり動きを調査することができる。これにより土石流、洪水などの水流で流出する堆積物の広がりを容易に調査できることから砂防堰堤の設計に重要な多くの情報が得られ、その効果は大である。

本発明による堆積物の調査方法について幾つかの実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の第一の実施の形態において使用される送信部、受信部の構成を示すブロック図である。送信部１０は、電力供給用の電源１１、低周波数（例えば１ｋＨｚ〜９ｋＨｚ程度）の発振回路１２、第一のコイル１３からなり、発振回路１２から出力された交流電圧は第一のコイル１３に印加される。これにより第一のコイル１３からは交流磁界が発生し、送信部１０の近傍にも磁界が形成される。受信部２０は、磁界検出用の第二のコイル２１、第二のコイル２１からの信号でパルス状の電圧信号を生成する受信回路２２、パルス状の電圧信号をカウントする周波数カウンタ２３からなる。

送信部１０からの近傍磁界に受信部２０の第二のコイル２１が近づくと電圧信号が発生する。この電圧信号の周波数を周波数カウンタ２３で測定し、送信部１０の発振回路１２の発振周波数と一致すれば第一のコイル１３と第二のコイル２１は距離的に近いことになり、第一のコイル１３、つまり送信部１０の位置が判明することになる。

送信部１０は、そのまま配置するようにしても良いが、河川の岩石やコンクリート塊などの内部に固定するようにしても良い。いずれにしても、土石流などが発生した後に受信部２０を河川に沿って移動させてゆくことで、送信部１０の位置、あるいは送信部１０を取り付けた岩石、コンクリート塊の位置を調査する方法として用いることが可能となる。送信部１０は、１個だけでなく、複数個用いることで、複数の送信部１０の移動分布を調査することもできる。

この第一の実施の形態では送信部１０の電源１１としてリチウムバッテリが使用されるが、この他の電源、例えばアルカリ電池等のバッテリを使用した場合でも同様の効果が得られる。また、図１には示されていないが、受信部２０においてもバッテリなどの電源が受信部２０の電源として使用されることも言うまでもない。さらに、送信部１０は耐衝撃性能を有した防水筐体内に配置することで河川の岩石の表面に送信部を配置することもできる。加えて、送信部１０をコンクリート塊の内外に固定する場合には、流出前の設置場所の周囲の岩石と大きさや比重を合せることで周囲の岩石と流出の程度を近似させることが好ましい。

図２は本発明の第二の実施の形態に使用される送信部、受信部の構成を示すブロック図である。本第二の実施の形態では、発振周波数の異なる送信部を複数個、ここでは発振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の３個の送信部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを用いるようにしている。各送信部の発振周波数が異なっているため、それぞれの送信部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのコイル１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは周波数の異なる交流磁界を発生する。これらの送信部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃがそれぞれ、岩石等に固定されて流出した場合、受信部２０の第二のコイル２１がいずれかの送信部、例えば送信部１０Ｂに近づくと、受信部２０の第二のコイル２１には交流電圧が発生する。この交流電圧の周波数を周波数カウンタ２３で測定すると、周波数ｆ２が検出されることにより送信部１０Ｂであることを判断できる。

従って、本第二の実施の形態は、送信部を固定した複数の岩石をそれぞれの位置に配置し、土石流などの発生後に受信部２０を順次移動させながら複数の送信部の位置、つまりは送信部を取り付けた岩石の位置を調査する方法として用いることが可能となる。

図３は本発明の第三の実施の形態に使用される送信部、受信部の構成を示すブロック図である。本第三の実施の形態では、送信部１０における電力消費を節約するために、電源１１と第一のコイル１３との間にスイッチ回路１５と第二の発振回路１７との直列回路を接続し、更に、スイッチ回路１５を第一の発振回路１６の出力でオン、オフさせるように構成している。

本第三の実施の形態では、第一の発振回路１６からは第二の発振回路１７の発振周波数に比べて十分に遅い周波数の信号が出力され、スイッチ回路１５に送られて第二の発振回路１７への電力供給を制御する。第二の発振回路１７はスイッチ回路１５のオンにより電力が供給されると交流信号を出力する。この出力を第一のコイル１３に接続すれば第一のコイル１３の近傍には交流磁界が形成される。第一の発振回路１６により交流磁界が形成される時間の割合を減らすことでバッテリなどの電源１１の電力消耗を少なくし、運用期間を長くすることが可能となる。

図４は本発明の第四の実施の形態に使用される送信部と受信部の構成を示すブロック図である。本第四の実施の形態では、発振周波数の異なる送信部を複数個、ここでは発振周波数ｆ１、ｆ２の２個の送信部１０Ａ、１０Ｂを用いる。一方、受信部２０においては、受信回路２２の出力側にＡ／Ｄコンバータ２５を接続し、Ａ／Ｄコンバータ２５にはＦＦＴ（フーリエ変換）解析用のコンピュータ２６を接続している。このような構成とする理由は以下の通りである。

発振周波数が異なる複数の送信部が互いに近づいた位置にあり、受信部２０の第二のコイル２１が複数の送信部のコイルに接近した場合、図１の受信部２０の構成による第二のコイル２１では複数の周波数の磁気信号が同時に検出されることになり周波数カウンタ２３は検出した磁気信号の周波数を特定できなくなる。一方、本実施の形態の場合、第二のコイル２１、受信回路２２から出力される信号をＡ／Ｄコンバータ２５を介してコンピュータ２６に取り込み、ＦＦＴ解析を行うと受信部２０の第二のコイル２１が出力した交流電圧の複数の周波数成分が判る。このことから複数の送信部が接近した位置にあっても、送信部のそれぞれの位置が判明する。

従って、本第四の実施の形態は、送信部を固定した複数の岩石をそれぞれの位置に配置し、土石流などの発生後に受信部２０を順次移動させ複数の送信部の位置、つまりは送信部を取り付けた岩石の位置をこれらが接近した場合においても調査することができる方法として用いることが可能となる。

図５は本発明の第五の実施の実施の形態に使用される送信部、受信部の構成を示すブロック図である。本第五の実施の形態では、受信部２０の第二のコイルとして複数個のコイル、ここでは３個の第二のコイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを用いる。特に、３個の第二のコイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを、各コイル軸が互いに直交するように組み合わせている。このようにするのは、以下の理由による。

送信部１０を固定した岩石が河川を流下する場合、送信部１０の第一のコイル１３の向きは不定となる。この場合、送信部１０の第一のコイル１３と受信部の第二のコイルの距離と向きによっては送信部１０の発生する磁気信号に対して受信部のコイルが不感となり、送信部１０が発生する磁気信号を受信部で検出できなくなる場合が生じる。

そこで、本第五の実施の形態では、受信部２０に３個の第二のコイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを用い、それぞれのコイル軸が互いに直交するように配置する。このようにすることにより、受信部２０のいずれかのコイルが送信部１０の発生する磁気信号に対して不感になった場合でも、その他のコイルが磁気信号を検出することができる。

ここで、受信回路２０においては接続された３つの第二のコイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの出力電圧を所定の間隔で順次切り換えて解析することはいうまでもない。

以上説明してきたように、本発明によれば、送信部が岩石やコンクリート塊等の内部に設置された場合でも、送信部から出力される磁気信号は周囲に広まることから、従来方法のように目視によって印を探す必要が無く、受信部を移動させながら磁気信号を受信できる場所を探すことで送信部の位置を調査できることから、土石流などの水流で流出する堆積物の広がりを容易に調査できる。

また、複数の送信部を使用する場合ではそれぞれの送信部が出力する磁気信号の周波数を個別に異なる値に設定して、受信部において受信した磁気信号のＦＦＴ解析によって周波数の識別を行なえば複数の送信部を同時に識別できる。

更に、受信部にコイル軸が異なる方向となるように組み合わせた第二のコイルを少なくとも２個備えることで、送信部の第一のコイルと受信部の第二のコイルが直交して受信部で磁気信号が不感となることを回避できる。

本発明の第一の実施の形態に使用される送信部と受信部の構成を示す図である。 本発明の第二の実施の形態に使用される送信部と受信部の構成を示す図である。 本発明の第三の実施の形態に使用される送信部と受信部の構成を示す図である。 本発明の第四の実施の形態に使用される送信部と受信部の構成を示す図である。 本発明の第五の実施の形態に使用される送信部と受信部の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 送信部
１１ 電源
１２ 発振回路
１３ 第一のコイル
２０ 受信部
２１ 第二のコイル
２２ 受信回路
２３ 周波数カウンタ

Claims (4)

1. １ｋＨｚ〜９ｋＨｚの範囲の低周波数の発振回路と該発振回路の出力で励磁されて低周波磁界を発生するコイルと前記発振回路に電力を供給する電源からなる送信部と、該送信部の磁気信号を受信するコイルと受信した信号を解析する回路を含む移動自在の受信部とを使用し、
   前記送信部を調査対象となる河川の岩石あるいはコンクリート塊の内部あるいは表面に設置して調査対象となる河川敷などの地域に疑似堆積物として配置し、
   水流などで移動した前記送信部の位置を、前記受信部を移動させながら検出することにより前記擬似堆積物の動きを調査することを特徴とする堆積物の調査方法。
2. 調査対象となる河川敷などの地域に配置されて水流などで移動した場合の動きを調査するための対象となる擬似堆積物であって、
   １ｋＨｚ〜９ｋＨｚの範囲の低周波数の発振回路と該発振回路の出力で励磁されて低周波磁界を発生するコイルと前記発振回路に電力を供給する電源からなる送信部を、調査対象となる河川の岩石あるいはコンクリート塊の内部あるいは表面に設置して成り、しかも全体の比重を配置場所の周囲の岩石と合わせることで周囲の岩石と流出の程度を近似させるようにしたことを特徴とする疑似堆積物。
3. １ｋＨｚ〜９ｋＨｚの範囲の低周波数の発振回路と該発振回路の出力で励磁されて低周波磁界を発生するコイルと前記発振回路に電力を供給する電源からなる送信部と、該送信部の磁気信号を受信するコイルと受信した信号を解析する回路を含む移動自在の受信部とを含み、
   前記送信部は、調査対象となる河川の岩石あるいはコンクリート塊の内部あるいは表面に設置されて調査対象となる河川敷などの地域に疑似堆積物として配置され、
   水流などで移動した前記送信部の位置を、前記受信部を移動させながら検出することにより前記擬似堆積物の動きを調査することを特徴とする堆積物の調査システム。
4. 請求項３に記載の堆積物の調査システムにおいて、
   前記疑似堆積物全体の比重を当該疑似堆積物の配置場所の周囲の岩石と合わせることで周囲の岩石と流出の程度を近似させるようにしたことを特徴とする堆積物の調査システム。

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